非規(guī)則高墩曲線橋梁抗震性能及地震災(zāi)變機理研究.pdf

1、隨著我國西部大開發(fā)計劃的順利實施，在我國西南山區(qū)建設(shè)了大量非規(guī)則高墩曲線橋梁。該類橋梁結(jié)構(gòu)以其平面和立面的嚴重非規(guī)則性，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力耦合復(fù)雜，荷載傳遞路徑不明確，導(dǎo)致地震災(zāi)害嚴重。對于非規(guī)則高墩曲線橋梁，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響機理復(fù)雜，關(guān)鍵構(gòu)件損傷演化規(guī)律不明顯，使得其地震災(zāi)變機理分析復(fù)雜化。鑒于此，本文主要對非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)、高墩靜力及動力穩(wěn)定性、高墩地震波豎向時滯進行了探討。為實現(xiàn)單振動臺的多點激勵試驗，還對振動臺擴展系統(tǒng)

2、進行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本原理，為實現(xiàn)單振動臺對結(jié)構(gòu)進行多點激勵的試驗?zāi)康模岢龅卣鹉M振動臺擴展系統(tǒng)概念。根據(jù)擴展系統(tǒng)的工作機理，分別建立單向、多向的振動臺擴展系統(tǒng)理論分析模型。利用多點激勵理論，推導(dǎo)擴展系統(tǒng)的動力運動方程，給出擴展子臺動力響應(yīng)的解析解。通過研制單向擴展系統(tǒng)，進行振動臺單向擴展系統(tǒng)的試驗研究，利用算例驗證多向擴展系統(tǒng)的可行性。⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)動力試驗的結(jié)構(gòu)-模型相似理論，設(shè)計并制作縮尺比

3、為1：20的鋼筋混凝土非規(guī)則高墩曲線橋梁，對其進行地震模擬振動臺試驗。通過對動力試驗結(jié)構(gòu)特征點動力參數(shù)分析，結(jié)合有限元仿真模擬，研究非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)效應(yīng)，研究結(jié)構(gòu)基本動力特性的變化規(guī)律，建立該類結(jié)構(gòu)的地震災(zāi)變模式，探討高橋墩的損傷狀態(tài)和裂縫開展規(guī)律。⑶利用地震模擬振動臺擴展系統(tǒng)，實現(xiàn)對非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)進行多點激勵試驗研究。通過考慮不同場地地震波的局部場地效應(yīng)，結(jié)合地震模擬振動臺試驗測試數(shù)值結(jié)果，分析研究非規(guī)則高墩曲

4、線橋梁結(jié)構(gòu)在多點地震激勵荷載模式作用下結(jié)構(gòu)特征點的地震動力響應(yīng)規(guī)律，建立評判結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)的指標體系。⑷依據(jù)摩擦滑移隔震概念，分析摩擦滑移隔震橡膠支座的兩種工作狀態(tài)，建立支座的力-位移曲線關(guān)系，探討其計算方法和耗能機理。通過對設(shè)置摩擦滑移支座的非規(guī)則曲線橋梁進行振動臺試驗，分析不同場地、不同強度地震波對不同高度橋墩的隔震效果，研究非規(guī)則高墩曲線橋梁結(jié)構(gòu)的摩擦滑移隔震機制。⑸根據(jù)平截面假定，通過考慮高橋墩大位移變形產(chǎn)生的幾何非線性影響，建

5、立了彈性壓彎桿的振動控制微分方程，利用變步長龍格-庫塔法對隨機地震荷載作用下高橋墩動力響應(yīng)進行解析，結(jié)合 B-R運動判定準則，對高橋墩的動力運動穩(wěn)定狀態(tài)進行評定，建立高墩動力失穩(wěn)臨界荷載和失穩(wěn)時刻的計算方法。⑹通過分析彈性中心壓桿失穩(wěn)時桿端的轉(zhuǎn)角比關(guān)系，結(jié)合轉(zhuǎn)角遞歸法，建立正、反對稱結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)狀態(tài)方程。推導(dǎo)無側(cè)移、有側(cè)移及雙肢薄壁高墩的轉(zhuǎn)角比遞歸公式，給出無側(cè)移、有側(cè)移及雙肢高墩橋梁整體穩(wěn)定承載力的計算公式。⑺根據(jù)經(jīng)典梁理論，結(jié)合典型桿